第二章晶闸管相控整流电路

第二章晶闸管相控整流电路1第1页，课件共66页，创作于2023年2月2.1概述图2.1部分常用的整流电路c）d）除c）、d）外a）～e）f）、g）b）、f）c）、d）、e）、g）a）、b）、f）c）、d）、e）、g）整流电路第2页，课件共66页，创作于2023年2月不同性质的负载对于整流电路输出的电压电流波形有很大影响。负载的性质大致分为以下几种（p42）电阻性负载——如电阻加热炉、电解、电镀和电焊等。电感性负载——各种电机的励磁绕组，经电抗器滤波的负载。电容性负载——整流输出端接大电容滤波的情况。反电势负载——整流装置输出供蓄电池充电或供直流电动机作电源时用。

实际上属于单纯的某一种性质的负载是很少的。 确定负载性质必须根据实际情况作具体分析。2.1概述第3页，课件共66页，创作于2023年2月2.2单相可控整流电路2.2.1单相桥式全控整流电路（p45）1.电阻负载电路结构及其工作原理图2.2单相桥式全控整流带电阻负载时的电路及工作原理（不可控）aD4D1i22ubTu1D3idRudD2u2

(a)D1RD4u2

(b)u2>0第4页，课件共66页，创作于2023年2月图2.2单相桥式全控整流带电阻负载时的电路及工作原理（不可控）aD4D1i22ubTu1D3idRudD2u2<02.2.1单相桥式全控整流电路u2

(b)D3RD2u2

(a)第5页，课件共66页，创作于2023年2月u2

(a)VT1RVT4u2

(b)u2>02.2.1单相桥式全控整流电路RTu1u2i2abVT1VT3VT2VT4udid图2.3单相桥式全控整流带电阻负载时的电路及工作原理（全控）第6页，课件共66页，创作于2023年2月RTu1u2i2abVT1VT3VT2VT4udid图2.3单相桥式全控整流带电阻负载时的电路及工作原理（全控）u2

(b)VT3RVT2u2

(a)u2<02.2.1单相桥式全控整流电路第7页，课件共66页，创作于2023年2月2.2.1单相桥式全控整流电路波形分析图2.4单相桥式全控整流带电阻负载时的电路及波形（ud、id）RTu1u2i2abVT1VT3VT2VT4udida)u2>0b)c)d)wtwtwtpaa000i2udiduVT1,4u(i)dd转u2负半周第8页，课件共66页，创作于2023年2月图2.4单相桥式全控整流带电阻负载时的电路及波形（ud、id

）RTu1u2i2abVT1VT3VT2VT4udida)u2<0b)c)d)wtwtwtpaa000i2udiduVT1,4u(i)dd转晶闸管电压2.2.1单相桥式全控整流电路波形分析第9页，课件共66页，创作于2023年2月转u2负半周b)c)d)wtwtwtpaa000i2udiduVT1,4u(i)dd波形分析图2.4单相桥式全控整流带电阻负载时的电路及波形（uVT1，4）RTu1u2i2abVT1VT3VT2VT4udida)u2>02.2.1单相桥式全控整流电路第10页，课件共66页，创作于2023年2月图2.4单相桥式全控整流带电阻负载时的电路及波形（uVT1，4

）RTu1u2i2abVT1VT3VT2VT4udida)u2<0b)c)d)wtwtwtpaa000i2udiduVT1,4u(i)dd转i2波形波形分析2.2.1单相桥式全控整流电路第11页，课件共66页，创作于2023年2月b)c)d)wtwtwtpaa000i2udiduVT1,4u(i)dd转u2负半周波形分析图2.4单相桥式全控整流带电阻负载时的电路及波形（

i2

）RTu1u2i2abVT1VT3VT2VT4udida)u2>02.2.1单相桥式全控整流电路第12页，课件共66页，创作于2023年2月图2.4单相桥式全控整流带电阻负载时的电路及波形（

i2

）RTu1u2i2abVT1VT3VT2VT4udida)u2<0波形分析2.2.1单相桥式全控整流电路b)c)d)wtwtwtpaa000i2udiduVT1,4u(i)dd第13页，课件共66页，创作于2023年2月

①控制角α——从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发脉冲止的电角度。

②导通角θ——晶闸管在一个周期中处于通态的电角度。

③移相——改变α的大小，即改变触发脉冲出现的时刻。

④移相范围——输出电压平均值大于0所对应的α变化范围。

⑤换流（换相）——电流从一对桥臂转换到另外一对桥臂。

⑥相控变流装置——通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出电压大小的方式称为相位控制方式，这样的变流装置简称相控变流装置。基本概念2.2.1单相桥式全控整流电路第14页，课件共66页，创作于2023年2月

①整流输出电压平均值Ud由上式可知，α角的移相范围为00～1800。

②输出电流的平均值Id2.2.1单相桥式全控整流电路基本数量关系b)c)d)wtwtwtpaa000i2udiduVT1,4u(i)dd第15页，课件共66页，创作于2023年2月 ③流过晶闸管的电流平均值IdT ④流过晶闸管的电流有效值IT ⑤晶闸管承受的最大正向电压UFM

⑥晶闸管承受的最大反向电压URM

2.2.1单相桥式全控整流电路b)c)d)wtwtwtpaa000i2udiduVT1,4u(i)dd第16页，课件共66页，创作于2023年2月 ⑦晶闸管的额定电压

⑧晶闸管的额定电流⑨整流电路的功率因数

图2.5单相桥式全控整流带电阻负载控制特性（p46,图2.3）b)c)d)wtwtwtpaa000i2udiduVT1,4u(i)dd控制特性第17页，课件共66页，创作于2023年2月

A、电路结构及其工作原理

B、波形分析u2OwtOwtOwtudidi2b)OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4TabRLa)u1u2i2VT1VT3VT2VT4udid图2.6单相桥式全控整流带电感性负载的电路及波形（p47，图2.4）2.2.1单相桥式全控整流电路2.电感性负载（p47）第18页，课件共66页，创作于2023年2月

C、基本数量关系

①输出电压平均值Ud

由上式可知

的移相范围为00～900。

晶闸管导通角θ与a无关，均为180

②输出电流平均值Id

③流过晶闸管的电流平均值IdT ④流过晶闸管的电流有效值IT u2OwtOwtOwtudidi2b)OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,42.2.1单相桥式全控整流电路第19页，课件共66页，创作于2023年2月 ⑤晶闸管承受的最大正向电压UFM ⑥晶闸管承受的最大反向电压URM ⑦晶闸管的额定电压UT(AV)

⑧晶闸管的额定电流IT(AV)⑨整流电路的功率因数u2OwtOwtOwtudidi2b)OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,42.2.1单相桥式全控整流电路第20页，课件共66页，创作于2023年2月

A、电路结构 B、波形分析

图2.7单相桥式全控整流带反电势负载时的电路及波形（p49，图2.6）2.2.1单相桥式全控整流电路3.反电势负载（p49）b)idOEudwtIdOwtaqdTabRa)u1u2i2VT1VT3VT2VT4udidE第21页，课件共66页，创作于2023年2月 C、与电阻负载时相比，晶闸管提前了电角度δ停止导电，δ称为停止导电角 D、负载为直流电动机时，如果出现电流断续，则电动机的机械特性将很软，为保证电流连续,在主电路中直流输出侧串联一个平波电抗器,所需的电感量L:

2.2.1单相桥式全控整流电路电流断续电流连续第22页，课件共66页，创作于2023年2月2.2.2单相桥式半控整流电路电路结构

单相全控桥中，每个导电回路中有2个晶闸管，1个晶闸管可以用二极管代替，从而简化整个电路。如此即成为单相桥式半控整流电路。半控电路与全控电路在电阻性负载时的工作情况相同。

图2.8带电阻负载的单相桥式半控整流电路TabRu1u2i2VT1VT3VD2VD4udid1.电阻性负载第23页，课件共66页，创作于2023年2月2.电感性负载2.2.2单相桥式半控整流电路在u2正半周，u2经VT1和VD4向负载供电。u2过零变负时，因电感作用电流不再流经变压器二次绕组，而是由VT1和VD2续流。在u2负半周触发角a时刻触发VT3，VT3导通，u2经VT3和VD2向负载供电。u2过零变正时，VD4导通，VD2关断。VT3和VD4续流，ud又为零。

图2.9带电感性负载的单相桥式半控整流电路TabRLu1u2i2VT1VT3VD2VD4udid第24页，课件共66页，创作于2023年2月2.2.2单相桥式半控整流电路图2.10单相桥式半控整流电路电感性负载带续流二极管时的电路（p49，图2.6）“失控”问题及其解决方法若无续流二极管，则当a突然增大至180

或触发脉冲丢失时，会发生一个晶闸管持续导通而两个二极管轮流导通的情况，这使ud成为正弦半波，其平均值保持恒定，称为失控。解决方法——负载侧并联一个续流二极管VDR，续流过程由VDR完成，避免了失控的现象。续流期间导电回路中只有一个管压降，有利于降低损耗。第25页，课件共66页，创作于2023年2月

①输出电压平均值Ud

②输出电流平均值Id ③流过晶闸管和二极管的电流有效值 ④流过续流二极管的电流有效值 ⑤变压器二次绕组电流有效值2.2.2单相桥式半控整流电路基本数量关系第26页，课件共66页，创作于2023年2月电路和波形分析图2.11单相半波可控整流电路及波形(P43,图2.1)2.2.3单相半波可控整流电路第27页，课件共66页，创作于2023年2月2.3三相可控整流电路交流侧由三相电源供电。用于负载容量较大，或要求直流电压脉动较小的场合。不会引起电网三相间的不平衡。谐波得到有效控制。最基本的是三相半波可控整流电路，三相桥式全控整流电路应用最广。第28页，课件共66页，创作于2023年2月2.3.1三相半波可控整流电路1.电阻性负载a)uvwTRudidVT2VT1VT3变压器二次侧接成星形得到零线，而一次侧接成三角形避免3次谐波流入电网。三个晶闸管分别接入u、v、w三相电源，其阴极连接在一起——共阴极接法。电路特点自然换相点二极管换相时刻为自然换相点，是各相晶闸管能触发导通的最早时刻，将其作为计算各晶闸管触发角a的起点，即a=0。b)c)d)e)f)u2uaubuca=0Owt1wt2wt3uGOudOOuuvuuwOiVT1uVT1wtwtwtwtwt图2.12三相半波可控整流电路共阴极接法电阻负载时的电路及α=00的波形（p52，图2.9）第29页，课件共66页，创作于2023年2月2.3.1三相半波可控整流电路图2.12三相半波可控整流电路共阴极接法电阻负载时的电路及α=00的波形（p52，图2.9）a)uvwTRudidVT2VT1VT3b)c)d)e)f)u2uuuvuwa=0Owt1wt2wt3uGOudOOuuvuuwOiVT1uVT1wtwtwtwtwt波形分析（α=00）变压器二次侧u相绕组和晶闸管VT1的电流波形，变压器二次绕组电流有直流分量。晶闸管的电压波形，由3段组成。第30页，课件共66页，创作于2023年2月波形分析（α=30o）图2.13α=300的波形（p53，图2.10）2.3.1三相半波可控整流电路特点：负载电流处于连续和断续之间的临界状态。a=30°u2uuuvuwOwtOwtOwtOwtOwtuGuduuvuuwwt1iVT1uVT1uuwa)uvwTRudidVT2VT1VT3第31页，课件共66页，创作于2023年2月波形分析（α=600）图2.14α=600的波形（p53，图2.11）2.3.1三相半波可控整流电路wwttwtwta=60°u2uuuvuwOOOOuGudiVT1a)uvwTRudidVT2VT1VT3特点：负载电流断续，晶闸管导通角小于120

。第32页，课件共66页，创作于2023年2月①整流电压平均值Ud

a）α≤300，负载电流连续

b）α>300，负载电流断续α的移相范围:00～1500。②负载电流平均值Id2.3.1三相半波可控整流电路基本数量关系a=30°u2uuuvuwOwtOwtOwtOwtOwtuGuduuvuuwwt1iVT1uVT1uuwwwttwtwta=60°u2uuuvuwOOOOuGudiVT1第33页，课件共66页，创作于2023年2月

③晶闸管承受的最大反向电压URM④晶闸管承受的最大正向电压UFM

⑤晶闸管的额定电压UT(AV)

⑥晶闸管的额定电流IT(AV)2.3.1三相半波可控整流电路a=30°u2uuuvuwOwtOwtOwtOwtOwtuGuduuvuuwwt1iVT1uVT1uuw第34页，课件共66页，创作于2023年2月

图2.15三相半波可控整流电路共阴极接法电感负载时的电路及α=600的波形uvwTRLu2udeLidVT1VT2VT32.3.1三相半波可控整流电路2.电感性负载（p54）特点：阻感负载，L值很大，id波形基本平直。a≤30

时：整流电压波形与电阻负载时相同。a>30

时（如a=60

时的波形如图2-16所示）。u2过零时，VT1不关断，直到VT2的脉冲到来，才换流，——ud波形中出现负的部分。id波形有一定的脉动，但为简化分析及定量计算，可将id近似为一条水平线。阻感负载时的移相范围为90。udiauuuvuwibiciduuwOwtOwtOOwtOOwtawtwt第35页，课件共66页，创作于2023年2月 ①输出电压平均值Ud

由上式，a的移相范围00～900。

②输出电流平均值Id

③I2即晶闸管电流的有效值IT ④晶闸管电流的平均值IdT2.3.1三相半波可控整流电路基本数量关系udiauuuvuwibiciduuwOwtOwtOOwtOOwtawtwt第36页，课件共66页，创作于2023年2月 ⑤晶闸管最大正反向电压 ⑥晶闸管的额定电流 ⑦晶闸管的额定电压 ⑧三相整流电路的功率因数2.3.1三相半波可控整流电路udiauuuvuwibiciduuwOwtOwtOOwtOOwtawtwt第37页，课件共66页，创作于2023年2月图2.16三相桥式全控整流电路(p57，图2.15)2.3.2三相桥式全控整流电路电感性负载（p56）共阴极组——阴极连接在一起的3个晶闸管（VT1，VT3，VT5）共阳极组——阳极连接在一起的3个晶闸管（VT4，VT6，VT2）导通顺序：

VT1－VT2－VT3－

VT4－VT5－VT6电路第38页，课件共66页，创作于2023年2月图2.17三相桥式全控整流电路工作原理(p57，图2.15)i2工作原理12.3.2三相桥式全控整流电路wu2uuuwuvOta=0°第39页，课件共66页，创作于2023年2月工作原理2图2.17三相桥式全控整流电路工作原理(p57，图2.15)wu2uuuwuvwt1Ota=0°2.3.2三相桥式全控整流电路第40页，课件共66页，创作于2023年2月工作原理3图2.17三相桥式全控整流电路工作原理(p57，图2.15)wu2uuuwuvwt1Ota=0°2.3.2三相桥式全控整流电路第41页，课件共66页，创作于2023年2月工作原理4图2.17三相桥式全控整流电路工作原理(p57，图2.15)wu2uuuwuvwt1Ota=0°2.3.2三相桥式全控整流电路第42页，课件共66页，创作于2023年2月工作原理5图2.17三相桥式全控整流电路工作原理(p57，图2.15)wu2uuuwuvwt1Ota=0°2.3.2三相桥式全控整流电路第43页，课件共66页，创作于2023年2月工作原理6图2.17三相桥式全控整流电路工作原理(p57，图2.15)uuuwu2uwvwt1Ota=0°2.3.2三相桥式全控整流电路第44页，课件共66页，创作于2023年2月2.3.2三相桥式全控整流电路工作原理小结表2－1晶闸管及输出整流电压的情况时段IIIIIIIVVVI共阴极组中导通的晶闸管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共阳极组中导通的晶闸管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流输出电压uduu-uv=uuvuu-uw=uuwuv-uw=uvwuv-uu=uvuuw-uu=uwuuw-uv=uwv第45页，课件共66页，创作于2023年2月三相桥式全控整流电路的特点（1）2管同时通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各1，且不能为同1相器件。2.3.2三相桥式全控整流电路工作原理小结（2）ud一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，故该电路为6脉波整流电路。第46页，课件共66页，创作于2023年2月波形分析1（α=00）2.3.2三相桥式全控整流电路wvuwwu2u2LuduuvuuwuvwuvuuwuuwvuuvuuwⅠⅡⅢⅣⅤⅥuuuwt1OtOta=0°图2.18

三相桥式全控整流电路电感性负载α=00时的波形（p57，图2.16）ud波形第47页，课件共66页，创作于2023年2月wwuuvuuwuuvuuwuvwuvuuwuuwvuuvuuwOtOtiT1uT1图2.18三相桥式全控整流电路电感性负载α=00时的波形（p57，图2.16）波形分析1（α=00）2.3.2三相桥式全控整流电路idwtOwvuwu2uuuwt1Ota=0°id、iT1、uT1波形ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ第48页，课件共66页，创作于2023年2月wvu波形分析2（α=300）wu2ⅠⅡⅢⅣⅤⅥuuuwt1Ot2.3.2三相桥式全控整流电路wt图2.19三相桥式全控整流电路电感性负载α=300时的波形（p57，图2.16）uduuvuuwuvwuvuuwuuwvuuvuuwwtOidwtOa=30°iT1wtOwtOud、id、iT1波形第49页，课件共66页，创作于2023年2月wvu波形分析2（α=300）wu2ⅠⅡⅢⅣⅤⅥuuuwt1Ot2.3.2三相桥式全控整流电路wt图2.19三相桥式全控整流电路电感性负载α=300时的波形（p57，图2.16）uT1uvuwvwvuwuwvuvuwwtOi2wtOa=30°uT1

、i2波形iT1iT4第50页，课件共66页，创作于2023年2月图2.20三相桥式全控整流电路电感性负载α=600时的波形（p58，图2.17）波形分析3（α=600）wvuwu2ⅠⅡⅢⅣⅤⅥuuuwt1OtwtuduuvuuwuvwuvuuwuuwvuuvuuwwtOidwtOa=60°iT1wtO2.3.2三相桥式全控整流电路第51页，课件共66页，创作于2023年2月图2.20三相桥式全控整流电路电感性负载α=600时的波形（p58，图2.17）波形分析3（α=600）wvuwu2ⅠⅡⅢⅣⅤⅥuuuwt1OtwtuuvuuwuvwuvuuwuuwvuuvuuwwtOOa=60°i2wtO2.3.2三相桥式全控整流电路uT1iT4iT1第52页，课件共66页，创作于2023年2月触发脉冲分析图2.21三相桥式全控整流电路的触发脉冲（p58，图2.17）2.3.2三相桥式全控整流电路

对触发脉冲的要求：按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差60。共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120

，共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差120。同一相的上下两个桥臂，即VT1与VT4，VT3与VT6，VT5与VT2，脉冲相差180。第53页，课件共66页，创作于2023年2月触发脉冲分析需保证同时导通的2个晶闸管均有脉可采用两种方法：一种是宽脉冲触发，一种是双窄脉冲触发（常用）2.3.2三相桥式全控整流电路第54页，课件共66页，创作于2023年2月

①输出电压平均值Ud（连续时）

②带电阻负载且α>600时，整流电压平均值Ud ③输出电流平均值Id

④如果是反电势负载带平波电抗器，则输出电流Id2.3.2三相桥式全控整流电路基本数量关系第55页，课件共66页，创作于2023年2月 ⑤流过晶闸管的电流值有效值IT ⑥晶闸管承受的最大正向电压⑦晶闸管承受的最大反向电压

⑧晶闸管的额定电压2.3.2三相桥式全控整流电路基本数量关系第56页，课件共66页，创作于2023年2月2.4大功率可控整流主电路

接线形式及特点2.4.1带平衡电抗器的双反星形可控整流电路（p62）（1）双反星形整流电路二次侧为两组匝数相同极性相反的绕阻，分别接成两组三相半波电路。二次侧两绕组的极性相反可消除铁芯的直流磁化（2）平衡电抗器的作用图2.22带平衡电抗器的双反星形可控整流电路（p63，图2.23）平衡电抗器是为保证两组三相半波整流电路能同时导电。与三相桥式电路相比，双反星形电路的输出电流可大一倍。第57页，课件共66页，创作于2023年2月

（1）移相多重联结有并联多重联结和串联多重联结。可减少输入电流谐波，减小输出电压中的谐波并提高纹波频率，因而可减小平波电抗器。使用平衡电抗器来平衡2组整流器的电流。2个三相桥并联而成的12脉波整流电路。

（2）串联多重联结电路的顺序控制图2.232重联结的12脉波整流电路（p65，图2.27）2.4.2多重化整流电路第58页，课件共66页，创作于2023年2月2.5变压器漏感对整流电路的影响考虑包括变压器漏感在内的交流侧电感的影响，该漏感可用一个集中的电感LB表示。以三相半波为例，将其结论推广。LRuvwTLudiwiviuBLBLBikVT1VT2VT3udidwtOwtOgiwiuiviwiuIduuuvuwaik=iv是逐渐增大的，而iu=Id-ik是逐渐减小的。当ik增大到等于Id时，iu=0，VT1关断,换流过程结束。VT1换相至VT2的过程：因a、b两相均有漏感，故iu、iv均不能突变。于是VT1和VT2同时导通，相当于将u、v两相短路，在两相组成的回路中产生环流ik。图2.24考虑变压器漏抗时的三相半波可控整流电路及波形（p67，图2.29）第59页，课件共66页，创作于2023年2月2.5.1换相过程中的输出电压两个概念换相压降——与不考虑变压器漏感时相比，ud平均值降低的多少。

换相重叠角g——换相过程持续的时间，用电角度g表示。换相压降的计算γ角的计算第60页，课